很多时候，在与用户交流时，我们需要解释高光谱成像与多光谱成像的区别、优劣势。若按标准定义，高光谱相机至少有 100个波段，而多光谱相机只有十几个或更少波段数。但这个定义没有考虑到光谱范围的宽度或光谱采样，若相机以50个波段覆盖400-600 nm的光谱范围，则它不是高光谱相机；而如果它以相同的光谱采样覆盖400–800 nm 的光谱范围（这一次是100个波段），则它是高光谱相机。其实，我们更关注的是光谱分辨率（FWHM，半高宽，半高宽定义了相机的光谱分辨率），因为光谱分辨率代表了光谱相机将两个连续光谱峰彼此分开的能力。

高光谱相机可以提供平滑的光谱、更高的光谱分辨率；而多光谱相机提供的更像是锯齿状的光谱图，无法描绘窄光谱的特征。

在对市场上可用的多光谱相机进行了调研后，我们发现大多数多光谱相机的光谱范围限制在400 –1000 nm，波段数通常为4或5个，这导致它们在许多应用领域无法使用。我们以杏仁及杏仁壳的分类来说明这一点。

1.光谱范围

物质的反射、吸收或发射光谱特征，与它们的分子结构紧密相关。下表可以看出，700- 2500 nm的光谱范围是许多应用所必需的，尤其是对于食品质量检测和塑料分拣，1100-1700 nm 的光谱范围更是必不可少的。因此，400-1000 nm的光谱相机对于这些应用不是最佳的选择。

根据测试结果， RGB相机在分选坚果和开心果方面表现不佳。相比之下，SPECIM  FX10（400-1000 nm）高光谱相机提供了较好的结果，而SPECIM  FX17（900-1700 nm）比FX10有更好的分选效果。

表 1：分子电磁共振谐波

2. 波段数量

我们用SPECIM  FX17 高光谱相机对杏仁和壳进行研究：比较光谱合并、光谱不合并两种情况下的分选效果（光谱合并，是指合并连续的光谱波段）。用FX17相机采集杏仁和杏仁壳的第一个数据：光谱范围为900 – 1700 nm、涵盖224 个波段；对FX17相机进行光谱合并设置后，采集第二个数据：光谱范围为900 – 1700 nm、只涵盖28个波段。如图1 和 2 所示，有224 个波段的杏仁和杏仁壳的光谱，比仅使用28个波段的光谱要平滑得多，并且可以更好的发现杏仁和杏仁壳之间细微的光谱差异。

图 1：224和28个波段的杏仁和杏仁壳的光谱

图 2：FX17相机采集的224和28个波段的杏仁光谱数据。紫色圆圈突出了杏仁和杏仁壳的光谱差异；该差异主要在于杏仁中含油，而油在杏仁壳中是不存在的。

此外，对于多光谱相机的数据，一些预处理方法并不适用。例如，导数或平滑算法，如Savitzky-Golay，需要连续光谱才能表现出良好效果，而多光谱相机则无法提供连续光谱。我们建立了两个模型来说明这一点，杏仁和杏仁壳的边缘提取准确与否，与光谱相机识别细微光谱特征的能力有关。测试结果表明，高光谱数据模型（224个波段）比多光谱模型（28个波段）更准确，即边缘效应消失，小块杏仁壳没有被错误分类。

图 3：基于28和224波段的模型以及分类预测（绿色表示杏仁，蓝色表示壳）。

上述测试中，FX17高光谱相机具有光谱合并功能，设置后我们选择的是FX17相机的28个光谱波段来模拟多光谱相机。然而，典型的多光谱相机的光谱波段可能会更少，这使得它们识别细微光谱特征的能力更低。

总结

对于某些不需要整个光谱范围的应用，具有精心挑选的波段的定制多光谱相的性能与高光谱设备一样好。但是，用户将失去高光谱相机提供的灵活性（用户有可能需要升级或更换不同波段的多光谱相机，以对新型异物或材料的分类）。SPECIM  FX系列高光谱相机优势是，用户可以自由选择相关波段，FX 系列高光谱相机可以变成多光谱相机使用，而多光谱相机永远无法变成高光谱相机。此外，多光谱相机并不便宜，特别是如果它们需要定制，具有相对大量的波段。